Bergbau am Meeresboden: Rohstoffe aus dem Schwarzen Meer fördern

Taras Shepel und Oleksandr Shevchenko bei der Marine-Expedition im Schwarzen Meer mit dem Forschungsschiff „Professor Vodyanitskiy“ Quelle: (c) TU Bergakademie Freiberg/Taras Shepel (idw)

Auf dem Grund des Schwarzen Meeres lagert ein ganz besonderer Schatz: Sapropel, ein Faulschlamm, der durch einen hohen Anteil an organischen Stoffen besonders als Düngemittel gefragt ist. Doch auch die Medizin und das Bauwesen interessieren sich für das Material. Allein die Förderung und Verarbeitung der Schlämme erweist sich als schwierig. Zwei ukrainische Doktoranden haben nun eine Technologie entwickelt, die sie auf einer Forschungsexpedition bereits erproben konnten.

Auf rund 320 Milliarden Kubikmeter wird der Vorrat an Sapropel im Schwarzen Meer geschätzt. Nirgendwo sonst lagern solche Mengen des Faulschlamms, denn nur das Schwarze Meer bietet die nötigen Voraussetzungen. Lange Zeit war das Gewässer ein Süßwassersee, erst vor etwa 7600 Jahren drang am Bosporus Salzwasser aus dem Mittelmeer ein. Daraufhin starben viele Pflanzen und Tiere, ihre Reste lagerten sich auf dem Meeresboden ab. Dieses organische Material bildete unter Abwesenheit von Sauerstoff organisch-mineralische Sedimente, darunter auch Sapropele.

Die Sedimente lagern im Schwarzen Meer in Tiefen von 500 bis 2000 Metern. Das stellt den Tiefseebergbau vor große Herausforderungen: Zusammen mit Wissenschaftlern um Prof. Carsten Drebenstedt von der TU Bergakademie Freiberg wollen ukrainische Forscher den Abbau und die Verarbeitung des Faulschlamms vorantreiben. In ihren Doktorarbeiten haben Taras Shepel und Oleksandr Shevchenko Technologien weiterentwickelt und eine neue Maschine konzipiert. Beide promovieren sowohl in Freiberg als auch an der Nationale Bergbauuniversität Dnepropetrovsk in der Ukraine. Auf einer Marine-Expedition im Schwarzen Meer mit dem Forschungsschiff „Professor Vodyanitskiy“ im Sommer 2013 konnten die beiden Doktoranden vor Ort die Bedingungen kennenlernen.

Taras Shepel hat für die Industrie das Verfahren zur Förderung von Sapropel untersucht. Dabei lässt ein Schiff große Schürfkübel, eine Art großer Eimer, an Seilen zu Wasser, die dann auf dem Meeresboden entlang schürfen und das Material gewinnen. „Wenn ein Grabgefäß verloren geht oder leer wieder nach oben kommt, kann das schnell teuer werden. Um die Produktivität zu steigern, habe ich den Prozess weiter optimiert“, erklärt Taras Shepel. Mithilfe eines eigens entwickelten Messgerätes konnte er die Kräfte erfassen, die während des Schürfprozesses auf den Schürfkübel wirken. Daraus leitete er dann Parameter für die Konstruktion der Schürfkübel ab, damit sie möglichst gut gefüllt sind. „Diese Technologie ist effektiver als andere wie etwa hydraulisches Verfahren, da das Material sehr fein ist und viel Wasser enthält“, sagt Taras Shepel.

Ein Kilogramm Sapropel enthält etwa 70 Prozent Wasser. Die Entwässerung ist nicht einfach; Trocknen dauert sehr lange, selbst Filtrationsmaschinen sind durch ihren hohen Energieaufwand wenig effektiv. Oleksandr Shevchenko hat im Rahmen seiner Doktorarbeit eine neue Aufbereitungsmaschine entwickelt, die durch Vibration das Material besser und effizienter entwässern kann. „Nach der Behandlung von Sapropel mit dieser Technik liegt der Wassergehalt bei ungefähr 50 Prozent. Dann hat das Material eine normale Konsistenz und lässt sich gut transportieren“, ergänzt Oleksandr Shevchenko.

Heute werden Sapropele vor allem als alternatives Düngemittel in der Landwirtschaft eingesetzt. „Sapropel enthält viele pflanzliche Nährstoffe und kann Wasser gut speichern“, erklärt Carsten Drebenstedt, Professor für Bergbau-Tagebau an der TU Bergakademie Freiberg. Zudem verbessert das Düngemittel die Bodenstruktur und schützt vor Bodenerosion. Untersuchungen zufolge kann der Ernteertrag um bis zu 50 Prozent gesteigert werden. Auch als Heilmittel in der Medizin oder als Verbindungsmaterial zum Herstellen von großen und kleinen Füllstoffen bei Leichtbetonen im Baugewerbe ist Sapropel gefragt.

Wie es mit dem Projekt weitergeht ist in Anbetracht der politischen Lage in der Ukraine ungewiss. Das Expeditionsschiff ging in den Wirren des Konflikts verloren, keiner weiß, wo es sich derzeit befindet. Taras Shepel hat zudem einen Einzugsbescheid der ukrainischen Armee bekommen. Anfang März wird er seine Dissertation noch in Freiberg verteidigen, dann geht es für ihn zurück in die Ukraine und in eine unsichere Zukunft: „Ich weiß nicht, was dann auf mich zukommt. Niemand will diesen Krieg, ich hoffe, dass bei uns bald wieder Frieden herrscht.“

Erst Anfang Februar informierte der Meeresbergbau-Experte Prof. Pavol Rybar von der Technischen Universität im slowakischen Košice in elf Gastvorlesungen zu den Herausforderungen des Bergbaus im Meer. Dabei ging es u.a. um den Rohstoffbedarf, die Erkundungsmethoden und die vielfältigen Aspekte dieser speziellen Form des Bergbaus.

Quelle: Technische Universität Bergakademie Freiberg (idw)